Ученые из Национального университета Сингапура нашли новый подход к переработке углекислого газа. Вместо того чтобы позволить этому парниковому газу уходить в атмосферу, его можно превратить в основу для топлива — бензина или авиационного керосина. Раньше для таких реакций использовали медь, но у нее был серьезный недостаток: она могла создавать только короткие и простые молекулы, которые не годятся для качественного горючего.

Исследовательская группа под руководством доцента Буна Сиана Йео решила пойти другим путем и взяла за основу никель. Они модифицировали его, добавив немного ионов фтора, и применили особый метод — пульсирующий электрический ток. Это позволило им делать то, что не удавалось с медью: точно контролировать, какие именно молекулы получаются в итоге — длинные или разветвленные.

Подробности опубликованы в издании Nature Catalysis.

Разветвленные углеводороды — это именно то, что нужно для эффективного двигателя. Они горят лучше и дают больше энергии, что критически важно для самолетов и автомобилей. Команда смогла увеличить долю таких ценных разветвленных молекул на 400% по сравнению со стандартными методами.

Ключевое отличие никеля от меди заключается на молекулярном уровне. Медь имеет привычку «обрывать» растущую цепь атомов углерода, превращая все в спирты. Никель же, особенно с добавкой фтора, помогает цепям становиться длиннее и соединяться в более сложные и полезные структуры, похожие на те, что производят на крупных промышленных установках.

Эта работа объединила специалистов в области синтеза катализаторов, механистических исследований и компьютерного моделирования, — говорит профессор Йео. — Без тесного сотрудничества между экспериментаторами и теоретиками такое открытие было бы невозможным.

Профессор Нурия Лопес добавляет:

Ни один из наших методов по отдельности не смог бы однозначно выявить ключевые механические шаги; это стало понятно только благодаря комбинации экспериментальных и вычислительных результатов.

Это открытие не только углубляет наше понимание химических процессов, но и открывает новые пути для создания экологичного топлива буквально «по запросу» с помощью электричества.

Реальная польза этого исследования заключается в создании технологического моста между двумя глобальными проблемами: переизбытком CO₂ и необходимостью в жидком топливе для авиации и тяжелого транспета, где батареи пока неприменимы. Это не про домашние автомобили, а про обезуглероживание самой сложной части логистики и транспорта. В перспективе это может привести к появлению модульных установок на предприятиях с высокими выбросами CO₂ (металлургические комбинаты, цементные заводы), которые на месте будут производить сырье для синтетического топлива, закрывая проблему выбросов и создавая новый продукт. Это шаг к энергетическому суверенитету, где топливо можно производить из воздуха и воды с помощью возобновляемой энергии, а не зависеть от нефти.

Основное замечание лежит в области экономики и масштабируемости. Исследование демонстрирует прекрасный лабораторный результат, но оно умалчивает о ключевых для практики показателях:

• Энергоэффективность: Какой КПД у всего процесса? Сколько киловатт-часов электроэнергии нужно затратить, чтобы получить один литр углеводородов? Если этот показатель низок, а электричество — дорогое ( «зеленое»), то стоимость топлива будет запредельной.
• Стабильность катализатора: В статье не указано, как долго никелевый катализатор с фтором сохраняет свою активность и селективность в непрерывном режиме работы. Быстрое «отравление» или деградация катализатора сделает процесс нерентабельным.
• Скорость реакции (плотность тока): Часто в электрокатализе высокая селективность достигается при очень низких скоростях производства продукта. Для промышленности критически важны высокие плотности тока, при которых катализатор может сохранять свои свойства.

Таким образом, прорыв является скорее научным, чем технологическим. Он показывает принципиально новое направление для поиска катализаторов, но до коммерциализации предстоит пройти долгий путь инженерных разработок.

Ранее ученые нашли способ перерабатывать углекислый газ с помощью металлоорганических каркасов.